作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
高能激光系统内光路热效应是影响系统性能的重要因素,介绍了内光路中光学元件、介质气体热效应物理模型,分析了影响热效应的主要因素,并开展了热效应变化规律研究。针对光学元件,重点研究了元件吸收率、元件材料特性、光斑分布对反射镜、窗口镜、分光镜热像差的影响规律,指出吸收率主要影响热像差的大小,而元件基底材料特性和激光分布影响热像差时间和空间变化。针对介质气体,指出介质气体升温后重力引起的自然对流是影响气体热像差的主要物理因素,细致研究了热像差随时间的变化规律,介绍了降低封闭与开放式内光路介质气体热像差的措施与方法。介绍了激光仿真软件平台Easylaser多物理仿真模块,搭建了包含反射镜、窗口镜、分光镜和介质气体的内光路计算模型,通过光-热-力-控多物理耦合仿真,研究了反射镜与窗口镜、介质气体与窗口镜热像差补偿效应,给出了激光传输远场光斑特征,表明了Easylaser的多物理仿真模块具备对内光路热效应综合仿真分析能力。
高能激光系统 光学元件 介质气体 热效应 热像差 Easylaser high energy laser system optical components media gas thermal effect thermal aberration Easylaser 
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011008
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
从热传导方程和热弹性方程出发,基于EasyLaser仿真软件,对激光辐照Si反射镜、SiO2窗口镜温度分布和热相差进行了模拟计算,比较了相同吸收的情形下,两种元件温升、热相差分布的时间、空间特性,并开展光-热-力控制多物理耦合仿真,比较了激光辐照Si反射镜、SiO2窗口镜热效应对激光传输远场特性影响和自适应光学校正效果。仿真结果表明,由于SiO2窗口镜导热性能差,热相差随激光辐照时间的增加而线性增加,其分布与辐照激光光斑空间分布相似,且在激光辐照停止后较长时间内仍然存在;而Si反射镜导热性能好,温度分布在较短时间内匀化导致温度梯度小,热相差先快速、后缓慢增加,在激光辐照停止后热效应的影响很快消退。实验光斑强度的空间分布,对两种元件热效应的影响不同:对于SiO2窗口镜,其热相差的高空间频率成分增加,严重影响激光光束远场传输与自适应光学校正效果,而Si反射镜热导率大,受到的影响较小。
激光光学 元件热效应 热相差 时空特性 自适应校正 
光学学报
2020, 40(20): 2014001
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法, 用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响, 分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响, 并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明: 光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力, 相位调节因子越大, 整形后远场光斑半径越大、均匀性越好; 光束截断比越大照明均匀性越好; 弱湍流条件下, 光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。
激光照明 光束整形 照明均匀性 大气湍流 laser illumination laser shaping illumination uniformity turbulence 
强激光与粒子束
2016, 28(7): 071005
作者单位
摘要
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
3 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
4 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
利用Sasiele等提出的空间谱滤波技术,对两种典型应用场景下扩展信标非等晕性问题进行了建模,获得了扩展信标非等晕误差及其不同Zernike模式分量的理论公式。基于理论模型,分析了两种场景和典型湍流模式下扩展信标非等晕误差及其不同Zernike模式分量的特性,结果表明:信标扩展度与接收系统口径相同时,扩展与聚焦耦合非等晕方差最小,但扩展与聚焦耦合非等晕方差高阶项(去平移、倾斜和离焦)分量并非最小,高阶项分量最小时信标扩展尺度应小于接收系统口径;当信标扩展角与信标偏置角相当时,纯信标扩展非等晕方差约是纯角度非等晕方差的2.2%;相对湍流大气纯角度和纯聚焦非等晕方差,信标扩展导致的湍流大气非等晕是小量,多数情况下可不考虑。
大气湍流 自适应光学 非等晕误差 泽尼克模式 扩展信标 turbulence adaptive optics anisoplanatic error Zernike model expanded beacon 
强激光与粒子束
2014, 26(10): 101012
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
利用激光系统组件化仿真软件构建了光束控制系统的组件化仿真框架,对几何/波动光学传输、光束定向器机架与其内部光学元件的耦合运动进行了仿真,提出了目标脱靶量数据和传感器图像自动更新、光束定向器机架与其内部多块快速倾斜镜控制驱动量自动解耦的数值仿真新方法,并在动态跟踪控制可视化过程中完成了光束定向器机架、多块快速倾斜镜驱动控制以及光学传输成像的仿真,满足了光束控制系统建模仿真的普适性、灵活性、易用性设计目标。最后,大气传输校正联合仿真实例证明: 利用精跟踪、自适应光学技术能有效抑制大气低频扰动幅值,校正高频扰动的影响。
光束控制系统仿真 光束传输 光电跟踪 组件化仿真 激光系统仿真 beam control system simulation beam transmission photoelectric tracking component simulation laser system simulation 
强激光与粒子束
2014, 26(9): 091006
黄德权 1,2,*周文超 1,2邱红 3张建柱 4[ ... ]田小强 1,2
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
3 成都光明光电股份有限公司, 成都 610100
4 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
研究了利用哈特曼波前传感器测量大气相干长度的两种方法: 一种是测量两个子孔径恒星光波到达角起伏方差的差分像运动法; 另一种是测量恒星波前分布, 通过波前分布的剩余方差推算得到大气相干长度。试验测量结果表明, 两种方法得到的测量结果基本一致, 得到了大气相干长度的可靠数据, 两种方法得到了相互验证, 实现了在应用哈特曼波前传感器测量大气波前分布时, 同时得到当前的大气信息, 对分析哈特曼波前传感器的测量结果有参考意义。
大气光学 大气相干长度 哈特曼波前传感器 差分像运动法 波前测量 atmospheric optics atmospheric coherence length Shack-Hartmann wavefront sensor differential image motion monitor wavefront measurement 
强激光与粒子束
2014, 26(8): 081003
张建柱 1,2,3,*张飞舟 2吴毅 3
作者单位
摘要
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
3 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
采用自适应光学(AO)系统对湍流大气进行校正时,非等晕性误差的影响不可避免。基于空间谱滤波技术,围绕湍流大气角度、聚焦、角度与聚焦相耦合非等晕性问题,进行了统一建模,给出了不同情况下的理论描述公式,分析了纯角度和纯聚焦非等晕误差中不同泽尼克模式分量所占比份。针对典型AO系统工作模式,分析了不同高度大气层对非等晕性误差的贡献。实际应用时,根据应用场景,应对AO系统工作模式和信标模式做优化匹配选择。
自适应光学 非等晕误差 湍流大气 泽尼克模式 adaptive optics anisoplanatic error turbulent atmosphere Zernike mode 
强激光与粒子束
2014, 26(3): 031017
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
针对国内一直以来缺乏一套能够对复杂激光系统进行全面仿真模拟工具的问题,在成熟仿真模块的基础上,基于组件化建模仿真思想研发了通用易用的激光系统仿真软件EasyLaser。它由通用的组件化建模仿真支撑平台SciSimu和8个仿真组件库构成,具备对光束的光学元件间传输、大气传输、电视成像、自适应光学校正、识别提取跟踪等复杂过程的建模与仿真能力。详细介绍了EasyLaser的物理仿真能力和软件特色,并利用EasyLaser软件搭建仿真光路模型,进行自适应光学系统对大气湍流效应的校正效果的分析和研究。
激光系统仿真 自适应光学 光束传输 组件 laser system simulation adaptive optics beam propagation component EasyLaser EasyLaser 
强激光与粒子束
2013, 25(10): 2536
张建柱 1,2,3,*张飞舟 2吴毅 3
作者单位
摘要
1 中国科学院 研究生院, 北京 100049
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
3 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
对几种模拟随机湍流相位屏的方法进行了总结,利用结构函数对每种方法进行了分析,并从Zernike多项式分解的思路和激光大气传输的角度,通过焦斑扩展和焦斑质心漂移对几种方法进行了完整比较,最后对湍流低频倾斜信息的补偿方式进行了探讨。通过分析发现:傅里叶变换(FFT)法模拟的相屏体现的湍流高频信息较充分,但低频信息不足; Zernike法模拟的相屏体现的湍流低频信息较充分,但高频信息不足。随着采用的Zernike多项式阶数的增加,其体现的高频信息会得到改善,但这些高频信息主要集中在圆域的边缘区域。分形法模拟的相屏体现的湍流高低频信息均较好。针对焦斑扩展和焦斑质心漂移,除分形法外,其他算法均存在不同缺陷。采用FFT法与Zernike多项式展开法相结合的方式或FFT法与湍流自相似理论相结合的方式模拟大气湍流随机相屏,也不失为一种较有效的方式,但从激光大气传输的角度来说,采用分形法模拟湍流随机相屏最好。
湍流 相屏 结构函数 频率 turbulence phase screen structure function frequency 
强激光与粒子束
2012, 24(10): 2318
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
使用选区电子衍射软件模拟机载光学平台绕流流场,根据绕流流场定量研究了气动光学平均流场效应的性质及其随激光传输角度的变化。发现平均流场气动光学效应引起的波前畸变主要是低阶像差,整体倾斜占比约92%,整体倾斜、离焦和像散三项总和占比平均值99%以上;随传输方向变化,波前像差均方根值以及波前性质有显著不同:对于不同的传输方向,光程差(OPD)均方根值(RMS)的变化范围从0.13~1.20 μm,光轴偏向角的变化范围从1~12 μrad。去倾斜后的波前像差引起的光束质量因子β值,对所有方向的统计平均值为1.8;校正了离焦和像散后,光束质量因子β值的平均值为1.16。光束质量因子β值随口径增加而增加,无自适应光学校正时变化规律接近线性。
大气光学 波前像差 光束质量 平均流场 倾斜 离焦 像散 
光学学报
2012, 32(2): 0201003

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